模鑄扁錠缺陷分析及改進(jìn)措施

沈 艷 鄧向陽(yáng) 張艷軍 謝 有

(中天鋼鐵集團(tuán)有限公司，江蘇213011)

近年來(lái)風(fēng)力發(fā)電、核電、海洋石油鉆井平臺(tái)、造船等對(duì)大型寬厚板類(lèi)產(chǎn)品的需求量在日趨增加，同時(shí)對(duì)該類(lèi)產(chǎn)品的質(zhì)量也提出了非常嚴(yán)格的要求，目前生產(chǎn)厚板和特厚板的坯料有模鑄扁鋼錠、鍛壓坯、初軋板坯及連鑄板坯等。采用模鑄梅花鋼錠初軋坯生產(chǎn)寬厚板，其生產(chǎn)流程長(zhǎng)，效率低，投資大，能耗高，成材率低，而采用連鑄板坯，往往受到規(guī)格及壓縮比的限制難以滿足用戶的要求，因此大型模鑄扁錠更適合作為特殊鋼板和特厚鋼板的坯料。

1 寬厚鋼板無(wú)損檢測(cè)不合缺陷分析

目前我公司生產(chǎn)的13 t～45 t模鑄下注扁鋼錠產(chǎn)品質(zhì)量波動(dòng)非常大，軋成寬厚鋼板后無(wú)損檢測(cè)合格率只有60%左右，不僅造成了大量的材料報(bào)廢，成本損失非常大，嚴(yán)重影響了企業(yè)效益，同時(shí)還影響了用戶交貨期。

鋼板無(wú)損檢測(cè)不合缺陷類(lèi)型為點(diǎn)狀或點(diǎn)狀密集型缺陷，缺陷分布區(qū)域也比較一致(如表1、圖1所示)，主要分布在頭部(冒口)寬度中心區(qū)域，向尾部延伸超過(guò)鋼錠高度一半以上，缺陷分布深度為鋼板厚度12附近。無(wú)損檢測(cè)按GBT 2970—2016 Ⅲ級(jí)執(zhí)行。

為查找缺陷原因，對(duì)鋼板頭部進(jìn)行了低倍酸洗檢驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在150 mm和180 mm厚鋼板頭部存在不同程度的疏松缺陷(其局部形貌如圖2所示)，主要分布在鋼板兩個(gè)寬度14線之間，在厚度方向主要集中在中心部位。這種分布方式與鋼板無(wú)損檢測(cè)不合的分布區(qū)域極為相似，由此可以判定：鋼板無(wú)損檢測(cè)不合是由坯料內(nèi)部的中心偏析、疏松和內(nèi)部裂紋等缺陷所致，而在隨后的軋制過(guò)程中這些低倍缺陷沒(méi)有被有效壓合，最終導(dǎo)致了鋼板無(wú)損檢測(cè)不合格，所以對(duì)于特厚板來(lái)說(shuō)，軋制速率和高溫階段的單道次壓下量(變形向心部滲透的能力)以及堆垛緩冷對(duì)特厚板無(wú)損檢測(cè)有一定的影響。

圖2 150 mm厚鋼板頭部低倍缺陷圖片
Figure 2 Macroscopic defects in the head of 150 mm thick steel plate

表1 寬厚鋼板無(wú)損檢測(cè)情況Table 1 Non-destructive test situations of wide and thick steel plates

表2 改進(jìn)后的模鑄扁錠煉鋼生產(chǎn)工藝參數(shù)Table 2 The improved process parameters of steelmaking for die casting flat ingot

2 模鑄扁錠冶煉及軋制工藝改進(jìn)措施

為提高鋼板無(wú)損檢測(cè)合格率，針對(duì)模鑄扁錠中存在的低倍缺陷，解決措施主要如下：

(1)增加冒口容積：采用加高圈，其中13 t～20 t鋼錠在錠模頂端使用100 mm高的加高圈，對(duì)應(yīng)的冒口內(nèi)插板高度從原來(lái)的500 mm增至600 mm，相應(yīng)的冒口容積從原來(lái)的14%提高至16%；30 t～45 t鋼錠在錠模頂端加120 mm高的加高圈，對(duì)應(yīng)的冒口內(nèi)插板高度從原來(lái)的550 mm增至670 mm，相應(yīng)的冒口容積從原來(lái)的15%提高至17.5%。冒口容積的有效提升，增加了冒口處補(bǔ)縮的鋼水量，從而可以有效減輕中心縮孔、疏松等低倍缺陷，并可以增加冒口吸收上浮的夾雜物的能力，提高了鋼水純凈度。

(2)適當(dāng)降低鋼水的澆注過(guò)熱度，將澆注過(guò)熱度由改進(jìn)前的45～50℃，降低至40～45℃，將扁錠錠身部位的平均澆注速度由170 mmmin～190 mmmin降低至140 mmmin～160 mmmin，將冒口補(bǔ)縮澆注時(shí)間延長(zhǎng)1 min以上，錠身澆注過(guò)程保持注流注速的平穩(wěn)，冒口補(bǔ)縮過(guò)程做到逐步縮流，直至最后大包水口結(jié)死斷流。過(guò)熱度及澆注速度的降低均能有效控制鋼錠凝固過(guò)程中柱狀晶的生長(zhǎng)，有利于等軸晶的生長(zhǎng)，從而提高鋼錠內(nèi)部強(qiáng)度，并能降低鋼錠的中心偏析、疏松、縮孔等低倍缺陷。改進(jìn)后的模鑄扁錠煉鋼生產(chǎn)工藝參數(shù)見(jiàn)表2。

(3)增強(qiáng)冒口的保溫作用，盡可能延長(zhǎng)冒口處鋼液的凝固時(shí)間，確保冒口處鋼液能對(duì)錠身處的凝固縮孔進(jìn)行充分的補(bǔ)縮，當(dāng)冒口補(bǔ)縮到13左右時(shí)，逐步添加高效發(fā)熱劑，具體使用量為2.5 kgt～3 kgt，冒口補(bǔ)縮結(jié)束后立即加入30 kg～40 kg碳化稻殼對(duì)冒口處鋼液進(jìn)行保溫。此外，為防止鋼錠產(chǎn)生裂紋等缺陷，對(duì)脫模及脫冒口時(shí)間做出了嚴(yán)格的要求。

(4)鋼錠本身帶有中心疏松、偏析、縮孔等低倍缺陷，通過(guò)澆注過(guò)程的改進(jìn)可以適當(dāng)減輕這些缺陷，但是很難徹底消除，因此改善軋制工藝條件，可以對(duì)鋼錠坯料帶來(lái)的低倍缺陷進(jìn)行有效彌補(bǔ)。具體措施：增加高溫階段單道次壓下量，采用低速軋制，使變形充分向心部滲透，壓合疏松、縮孔缺陷。

3 結(jié)語(yǔ)

(1)通過(guò)分析研究發(fā)現(xiàn)，造成寬厚鋼板無(wú)損檢測(cè)不合格的原因主要是由其對(duì)應(yīng)的坯料(模鑄扁錠)中存在的大量中心疏松、中心偏析、縮孔等

低倍缺陷在軋制過(guò)程中沒(méi)有很好地壓合造成的。

(2)針對(duì)中心疏松、縮孔、中心偏析等低倍缺陷，公司對(duì)鋼錠模設(shè)計(jì)參數(shù)尤其是冒口設(shè)計(jì)參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，增加了冒容比，提高了冒口的補(bǔ)縮能力，同時(shí)對(duì)澆注過(guò)熱度和澆注速度等澆注工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化，減少了鋼錠內(nèi)柱狀晶比例，增加了等軸晶比例，從而提高了鋼錠的致密度，改善了鋼錠的低倍質(zhì)量，另外還對(duì)軋制工藝參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化，自2019年下半年以來(lái)我公司生產(chǎn)的13 t～45 t下注模鑄扁錠坯料軋制的鋼板，經(jīng)無(wú)損檢測(cè)后，尚未出現(xiàn)不合格的現(xiàn)象。